第四章++闭合电路欧姆定律与科学用电+知识点总结 高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册

2/2新教材鲁科版2019版物理必修第三册第4章知识点清单目录第4章闭合电路欧姆定律与科学用电第1节闭合电路欧姆定律第2节科学测量电源的电动势和内阻第3节科学测量_用多用电表测量电学量第4节科学用电第4章闭合电路欧姆定律与科学用电第1节闭合电路欧姆定律一、电动势1.电源：把其他形式的能转化为电能的装置。2.电动势(1)物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量。(2)大小：在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压。符号为E，单位：伏特，单位符号：V。(3)电动势在数值上还等于将单位电荷量的正电荷由负极移动到正极非静电力所做的功。(4)定义式：E=W非3.内阻：电源内部导体的电阻。二、闭合电路欧姆定律1.闭合电路(1)电路：一部分是电源外部的电路，称为外电路；另一部分是电源内部的电路，称为内电路。(2)电压：外电路两端的电压称为外电压；内电路两端的电压称为内电压。(3)电动势与内、外电压的关系：在闭合电路中，内、外电路电势的降落等于电源的电动势，即E=U外+U内或E=IR+Ir。(4)电流：在外电路中，电流由电势高的一端流向电势低的一端；在内电路中，电流由电势低的一端流向电势高的一端。2.闭合电路欧姆定律(1)内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电阻之和成反比。(2)表达式：I=ER+r(3)适用范围：纯电阻电路。三、路端电压与外电阻的关系1.路端电压与电流的关系：U=E-Ir。2.路端电压随外电阻的变化规律(1)外电阻R增大电流I减小路端电压U增大。外电阻R增大到无限大(断路)电流I接近于0路端电压U=E。(2)外电阻R减小电流I增大路端电压U减小。外电阻R等于零(短路)电流I=Er路端电压U=0。四、对电动势的理解1.电动势的物理意义：它反映了电源把其他形式的能转化为电能本领的大小，是电源的属性，与电源的体积、外电路无关。2.电动势的粗略测量：电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压，可以用阻值较大的电压表直接接在电源两端粗略测量，其示数近似为电源电动势E。五、对闭合电路欧姆定律的理解1.闭合电路的组成2.闭合电路欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I=E流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电阻之和成反比纯电阻电路E=I(R+r) ①E=U外+Ir ②E=U外+U内 ③电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和①式适用于纯电阻电路；②③式普遍适用EIt=I2Rt+I2rt④W=W外+W内 ⑤电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和④式适用于纯电阻电路；⑤式普遍适用3.路端电压U随电流I变化的图像(U-I关系图像)(1)图像的函数表达式：U=E-Ir。(2)讨论：当外电路断路(即R→∞，I=0)时，纵轴上的截距表示电源的电动势E；当外电路短路(R=0，U=0)时，横轴上的截距表示电源的短路电流I短=Er。U-I关系图线的斜率的绝对值表示内电阻r 4.(1)当外电路断开，用电压表测量电源两极之间的电压时，其读数可近似认为等于电源的电动势。(2)当外电路短路时，电流I=Er六、路端电压随外电路的变化关系分析1.U外-R图像的意义路端电压U外与外电阻R的关系可用如图所示的图像表示，图像中的曲线以U外=E为渐近线，曲线上过某点的切线斜率为该状态的电流I。 

U外=IR=ERR+r=E1+rR2.闭合电路的动态分析方法当电路中的滑动变阻器的触头移动或支路的开关打开(闭合)时，电路的阻值或结构会发生变化，分析此时的电压、电流或功率变化时，方法与技巧如下：(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”。即：R局增大减小→R总增大减小→I总减小增大⇒I支(2)规律法：“串反并同”所谓“串反并同”规律，指的是在闭合电路中，若电源内阻不为零，则当某一电阻变大(或变小)时，与它串联(或间接串联)的支路上各定值电阻的电压和电流均减小(或增大)，而与它并联(或间接并联)的支路上各定值电阻的电压和电流均增大(或减小)。(3)极端法：因滑动变阻器滑片的滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。(4)等效电源法：将电路中某些元件与电源看做一个新的电源，然后再分析、讨论，可以简化问题，使思路更简单。七、闭合电路功率问题的分析1.各部分功率关系分析对于纯电阻电路，由EIt=I2Rt+I2rt知，EI=I2R+I2r，其中EI为电源的总功率，I2r为电源内阻的消耗功率，I2R为外电路的消耗功率，也是电源的输出功率。(1)电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率。计算式：P=(2)电源内阻的消耗功率P内：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算式：P内=I2r。(3)电源的输出功率P出：外电路的消耗功率，计算式：P出=IU外(普遍适用)。2.电源的输出功率与外电阻R的关系分析电源的输出功率：P出=UI=RE2(R+r(1)当R=r时，电源的输出功率最大，Pm=E2(2)当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小。(3)当R<r时，随着R的增大输出功率越来越大。(4)当P出<Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2=r2。(5)P出与R的关系如图所示。 3.电源的效率η=P出P=IU外IE=U外E=IR第2节科学测量电源的电动势和内阻一、实验目的1.测量电源的电动势和内阻。2.学习通过计算和作图分析处理实验数据。二、实验器材1.电流表、电压表、滑动变阻器、待测干电池、开关、导线等。三、实验原理与设计1.原理图如图所示2.实验原理改变滑动变阻器接入电路的阻值，测出两组I、U数据，代入方程E=U+Ir，可得到方程组E=U解此方程组可求得电动势E=I2U1−I四、实验步骤1.确定电流表、电压表的量程，按照电路图连接好电路，且使滑动变阻器阻值调到最大。2.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表和电压表有明显的读数，记录一组U、I值。3.用同样的方法，多测几组U、I值。4.断开开关，整理好器材。5.利用代数法或图像法进行数据处理。五、实验数据处理1.代数法运用方程组E=U1+I利用所测U、I值多求几组E和r的值，最后算出它们的平均值。2.图像法以纵轴表示路端电压，横轴表示总电流，建立直角坐标系，将所测多组对应的U、I值进行描点，然后用平滑的曲线将各点连接起来。由U=E-Ir知，U-I图像是一条斜向下的直线，如图所示。(1)直线与纵轴的交点表示电源的电动势E。(2)直线与横轴的交点表示短路电流I0。(3)直线斜率的绝对值等于电源的内阻r=|k|=ΔUΔI六、实验注意事项及误差分析1.实验注意事项(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些。可选用已使用过一段时间的干电池。(2)干电池在大电流放电时，电动势会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完应立即断电。(3)要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些。用方程组求解时，要将测出的I、U数据，第1次和第4次为一组，第2次和第5次为一组，第3次和第6次为一组，分别解出E、r值再取平均值。(4)在画U-I图线时，要使较多的点落在一条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。(5)干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画U-I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)。这时图线和横轴的交点不再是短路电流，不过直线斜率的绝对值仍是电源的内阻。2.误差分析(1)系统误差产生系统误差的原因有两种：电压表分流和电流表分压。①电流表相对于待测电阻(电源内阻)外接，如图甲所示。 a.由于电压表分流IV，故电流表示数I小于电源的输出电流I真，I真=I+IV，而IV=URV，U越大，IV越大，它们的关系可用图乙表示。实测的图线为AB，经过IV修正后的图线为A'B，可看出AB的斜率绝对值和在纵轴上的截距小于A'B，即实测的E和b.对此也可由电路来解释：若把图甲中的R和电流表看成外电路，则电压表可看成内电路的一部分，故实测的是电源和电压表这个整体等效的r'和E'。电压表和电源并联，故等效内阻r小于电源内阻r真，即r测<r真；外电路断开时，a、b两点间电压Uab即等效电动势，此时电压表与电源构成回路，故Uab<E真，即E测<E真。测量值实际上是等效电源的电动势E'和内阻r'，当把等效电源外电路短路时，电压表不再分流，短路电流等于通过电源的实际电流，所以两图线相交

于相同的短路电流处(乙图中的B点)。②电流表相对于待测电阻(电源内阻)内接，如图甲所示。 由于电流表的分压作用，故电压表的读数比路端电压小，电流表测得的电流等于流过电源的电流，所以在流过电流相同的情况下，U测<U真，依照分析可绘制出图乙所示图线，可以从图线的意义得E测=E真，r测>r真。对此也可由电路来解释，若把图甲中的RA看成内阻的一部分，故实测的是电源和电流表这个整体的等效电动势E'和内阻r'，r测=r'=r真+RA>r真；由电动势等于外电路断路时的路端电压可知，把电路从A、B处断开，E测=UAB=E真，所以两图线交于纵轴上的同一点，即电源的电动势处。综合上述，任一种电路都存在系统误差，若电源内阻较小时，不能采用②中的测量电路，尽管电动势的测量值准确，但内阻的测量误差很大，因此要选用①中的测量电路。(2)偶然误差①由于读数视差或电表接线柱接触不良引起的误差。②每次读完电表示数没有立即断电，而是长时间闭合开关S，甚至改变滑动变阻器阻值的全过程中始终通电，造成电池电动势E下降，内电阻r增大。③用图像法求E和r时，由于作图不准确造成的偶然误差。第3节科学测量_用多用电表测量电学量第4节科学用电一、认识多用电表1.欧姆表的改装的理论依据就是闭合电路欧姆定律。2.测量原理如图所示，当红、黑表笔间接入待测电阻R时，通过表头的电流I=ER1+r+每个R值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的R值，就可以从刻度盘上直接读出待测电阻的阻值。3.用途：共用一个表头，可分别测量电压、电流、电阻。4.各部分名称如下： 二、用多用电表测量电学量1.实验目的(1)用多用电表测量电路元件的电压值。(2)用多用电表测量电路元件的电流值。(3)用多用电表测量电阻的电阻值。2.实验器材多用电表、不同阻值的电阻、学生电源、小灯泡、滑动变阻器、开关、导线等。3.实验原理与设计多用电表的核心是一个直流灵敏电流计G，即表头。表头与电阻、开关等组成不同的测量电路。如图所示是一种测量直流电流、电压和电阻的多用电表原理示意图。用多用电表测直流电流和电压的原理，实质上就是我们学过的分流和分压原理。在图中，若将选择开关拨至触点“1”或“2”，可构成不同量程的电流表；若将选择开关拨至触点“3”或“4”，可构成不同量程的电压表；若将选择开关拨至触点“5”，可构成欧姆表。测量电阻前，需先将多用电表的两表笔直接相连，调节调零电阻(R5+R6)使指针满偏，以校准欧姆表内部的总电阻。4.实验步骤(1)用多用电表测量电路元件的电压值a.观察多用电表指针是否在零刻度。若不在零刻度，则用螺丝刀转动机械调零旋钮，使指针停于左端零刻度。b.选择直流电压挡合适的量程，并将选择开关旋至相应位置。c.将多用电表并联在待测电路两端，注意红表笔接触点的电势应比黑表笔接触点的电势高。d.读数时注意所选量程的分度值。(2)用多用电表测量通过电路元件的电流值a.选择直流电流挡合适的量程。b.将被测电路导线拆开一端，把多用电表串联在电路中。c.读数时，要认清刻度盘上的分度值。注意：电流应从红表笔流入多用电表。(3)用多用电表测量电阻的电阻值a.检查多用电表指针是否仍在左端零刻度。b.估测待测电阻的电阻值，将多用电表的选择开关旋至合适倍率的欧姆挡。c.将黑、红表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在右端电阻零刻度处。d.将表笔搭在待测电阻两端，指针示数乘以量程倍率，即待测电阻阻值。通常电阻上的标称值与测量值之间有误差，算出对应的相对误差。e.实验完成之后，将表笔从插孔拔出，并将选择开关旋到“OFF”位置或交流电压最高挡；若长期不用，应取出电池。三、科学用电1.家庭电路一般由两根进户线、电能表、保险设备、用电器、插座、导线、开关等组成。2.断路、短路是家庭用电的常见故障。3.火灾和触电是用电中较容易发生的安全事故。用电时发生的火灾主要是由短路和过载造成的。触电一般是人直接或间接接触带电体造成的。为了避免用电事故的发生，了解一些安全用电的常识是非常重要的。4.节约用电，不仅可以减少能源消耗，缓解能源紧张问题，还可以减少环境污染。四、对多用电表电阻挡测量原理的理解1.测量原理 当红、黑表笔相接时(图甲)，相当于被测电阻Rx=0，调节R的阻值，使Er+Rg+R=Ig，则表头的指针指到满刻度，所以将刻度盘上指针指在满偏处定为电阻零刻度。当红、黑表笔不接触时(图乙)相当于被测电阻Rx=∞，电流表中没有电流，表头的指针不偏转，此时指针所指的位置是刻度的“∞”处。当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时(图丙)，通过表头的电流I=Er+Rg+R+Rx。改变Rx，电流I随之改变，每个Rx2.欧姆表的刻度(1)欧姆表的刻度不均匀欧姆表刻度能指示出电阻的数值，但刻度是不均匀的，如图所示。靠右边的刻度稀，靠左边的刻度密，这是因为刻度是根据电流与电阻的对应关系刻出的，而接入不同的被测电阻Rx时，通过的电流IxIx=Er+(2)中值电阻电流表的指针指到刻度盘的中央时所对应的Rx值叫中值电阻，R中=R内=Rg+r+R。(3)由(1)(2)可知：当Rx=2R内时，Ix=ER内+2R内=1当Rx=3R内时，Ix=ER内+3R内=1当Rx=nR内时，Ix=ER内+nR内=13.刻度标注刻度标注方法标注位置“0”红、黑表笔相接，调节调零旋钮，使指针满偏，被测电阻Rx=0满偏电流Ig处“∞”红、黑表笔不接触，表头指针不偏转，被测电阻Rx=∞电流为零处中值电阻R中=r+R+Rg刻度盘正中央“Rx”红、黑表笔接Rx，Ix=E(r+R+Rx=EIx-r-R-Rg，Rx与I与Rx对应的电流Ix处

(1)欧姆表的刻度不均匀，且由右向左刻度越来越密，要尽可能利用欧姆表的刻度盘的中央部分。(2)使用多用电表测电流、电压、电阻时，电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出。五、用多用电表测电阻1.用多用电表测电阻的步骤(1)机械调零：使用前若表针没有停在左端的“0”位置(电流的零刻度处)，要用螺丝刀转动指针定位螺丝(调零螺丝)，使指针指零；将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔。(2)选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适倍率。(3)欧姆调零：将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右端的“0”刻度处。(4)测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，表针所对刻度值乘倍率即被测电阻阻值。(5)测另一电阻时重复(2)(3)(4)。(6)实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，拔出表笔。2.测电阻时应注意的问题(1)选挡后要进行欧姆调零。(2)换挡后要重新进行欧姆调零。(3)被测电阻要与电源等其他元件分离，不能用手接触表笔的金属杆。(4)选择倍率时，应使指针尽可能指在中央刻度线附近。若指针偏角太大，应改换低倍率，若指针偏角太小，应改换高倍率。(5)被测电阻阻值等于表针所对刻度值